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孫韻琳，陳榮榮，陳思銘
中山大學太陽能系統研究所；順德中山大學太陽能研究院
0 引言
用于制造太陽電池的材料種類眾多，較常見的光伏組件有單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件、異質結（HIT）光伏組件、非晶硅薄膜光伏組件、銅銦鎵硒（CIGS）光伏組件、碲化鎘（CdTe）光伏組件等等。其中，晶體硅光伏組件是目前應用最廣泛的一種。光伏組件種類如此之多，它們在實際應用中的發電效果如何呢？
本文將通過對位于廣州中山大學太陽能系統研究所的6種不同類型（包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT）的光伏組件陣列的實測發電數據進行對比分析，讓大家了解不同類型光伏組件的實際發電情況。此外，本文使用光伏系統設計軟件PVsyst對廣州、深圳和珠海三個光伏項目分布較廣泛的地區進行了多晶硅光伏組件發電效果模擬分析，比較分析多晶硅光伏組件在三地的發電效果。
1 光伏組件發電效果比較與分析
1.1 光伏組件長期功率衰減分析
日本某研究機構對單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS和HIT光伏組件進行了長期功率衰減的研究，表2展示了該機構的研究結果。
從表2中的數據顯示，上述五種類型光伏組件在運行前十年和運行10至20年這兩個區間內均表現為非晶硅光伏組件的年衰減率最高，CIGS光伏組件的年衰減率最低，且年衰減率的大小關系是非晶硅＞單晶硅＞多晶硅＞HIT＞CIGS。
1.2 不同類型光伏組件發電效果比較與分析
1.2.1 系統介紹
中山大學太陽能系統研究所于2006年—2008年依次安裝了單晶硅、多晶硅、HIT、非晶硅、CIGS和CdTe6個并網光伏發電系統，并于2010年5月期間進行了系統改造，縮短了光伏陣列直流輸出至逆變器之間的距離，有效的減少了直流線路損耗。圖1展示了6種類型光伏組件的實物圖。
*注：多晶硅陣列安裝容量：系統改造前為2.3kWp，改造后為2.1kWp
表1展示了6種光伏組件陣列的安裝容量和安裝時間。由于6種光伏組件陣列的裝機容量和安裝時間都存在差異，因此進行數據采集時，時間上統一選取完整年的數據，發電量則統一換算成組件1Wp的年發電量以便于比較。
本文通過對此6個光伏系統的實測發電數據進行對比分析，讓大家了解不同類型光伏組件的實際發電情況。
1.2.2 發電量數據比較與分析
本文選取了某典型年內6種光伏組件陣列的年度發電統計數據，在該年度內，6種光伏組件陣列運行時長上基本一致，為355天。詳細統計數據見表3。
注1：表3中的數據并不能代表廣州地區安裝的所有光伏系統的實際發電量，光伏系統的實際發電量主要受實時天氣條件的影響。（表4同）
注2：表3中計算組件每1Wp年發電量時使用的是光伏陣列的初始裝機容量，由于光伏陣列經歷的使用年限不同，光伏組件的功率衰減程度也不同，因此，表3中的組件每1Wp年發電量可能存在一定誤差。
表3展示了6種光伏組件陣列的年發電量數據以及歸一化發電量（1Wp組件年發電量）年發電量數據，可知，非晶硅的歸一化年發電量最高，為1.138kWh/Wp；它們的歸一化年發電量數據的大小關系依次是非晶硅＞CdTe＞CIGS＞多晶硅＞HIT＞單晶硅。這說明廣州地區非晶硅光伏組件的發電效果最好，其次是CdTe、CIGS、多晶硅和HIT，最后是單晶硅。并且，從歸一化年發電量數據上可以看出多晶硅、CIGS、CdTe和HIT相差不是很大，在電站裝機容量較小的情況下，它們在發電量上的差距基本可以忽略不計。
圖2展示了某典型年內6種光伏組件陣列1kWp組件月發電量統計圖。
圖2展示了6種光伏組件1kWp組件月發電量對比情況，整體來看，6個光伏組件陣列的歸一化發電量均在八月份取得最大值，多晶硅、非晶硅、CIGS和CdTe組件在二月份取得最小值，HIT組件在一月份取得最小值，單晶硅組件在三月份取得最小值；在四月至11月這8個月內，非晶硅光伏組件的歸一化發電量最高，這主要是由于在這幾個月份內環境溫度較高，非晶硅光伏組件恰好具有比較低的溫度系數，因此表現出較好的發電性能。
2 不同地區光伏組件發電效果比較與分析
本文以廣東省光伏發電項目分布較廣泛的廣州、深圳和珠海三地為例對比分析廣東省內不同地區多晶硅光伏組件的發電效果。此處使用光伏系統設計軟件PVsyst進行了三地的光伏系統設計模擬計算。其中，模擬時使用光伏組件、光伏逆變器等關鍵設備完全一致，選取的氣象數據點均大約位于三市的中心位置，氣象數據全部來自NASA氣象數據庫，為22年平均太陽輻射數據。
表4展示了模擬結果。
注1：（同表3的注1）。
注2：表4中的發電量數據為正南方位角、最佳固定傾角下的發電量。
從表4中的模擬結果可知，珠海地區水平面年總太陽輻射量最高，廣州地區水平面年總太陽輻射量最低，這與地區所處緯度有關；從1Wp光伏組件年發電量上來看，同樣表現為珠海最高，其次是深圳，廣州最差；從模擬光伏系統的PR值上來看，廣州高于深圳和珠海，主要由于廣州地區整體環境溫度略低于珠海和深圳地區，因此光伏系統的PR值略高。
其中，PR值的定義是系統實際交流發電量與理論直流發電量之比，其考慮了光伏陣列效率、逆變器效率以及交、直流配電設備效率等影響因素，在一定程度上表現了光伏電站的綜合性能和質量。
PR值的計算公式為：
式中：EAC,real為測試時間內系統的實際交流發電量（kWh）；EDC,theoretic為測試時間內理論直流發電量（kWh）。另外，理論直流發電量公式：
式中：Hi是測試時間內入射到光伏陣列表面的太陽輻射（kWh/m2）;Pnominal為系統的標稱功率；ISTC為標準測試條件下的太陽福照度，即1kW/m2。
3 結論
通過對單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT6種類型光伏組件的的典型年發電數據和歸一化月發電量進行比較與分析，得出非晶硅光伏組件發電效果最好，歸一化年發電量最高，為1.138kWh/Wp；它們的歸一化年發電量數據的大小關系依次是非晶硅＞CdTe＞CIGS＞多晶硅＞HIT＞單晶硅。
通過PVsyst對廣州、深圳和珠海三地進行多晶硅光伏組件發電效果模擬分析，得出多晶硅光伏組件在三地的發電效果大小關系為珠海＞深圳＞廣州，三地1Wp多晶硅光伏組件年發電量分別為1.153kWh、1.145kWh和1.105kWh。值得注意的是，上述數據并不能代表光伏組件的實際發電數據，這是因為光伏發電系統的實際發電量受當地的實時天氣條件影響很大。
中山大學太陽能系統研究所；順德中山大學太陽能研究院
0 引言
用于制造太陽電池的材料種類眾多，較常見的光伏組件有單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件、異質結（HIT）光伏組件、非晶硅薄膜光伏組件、銅銦鎵硒（CIGS）光伏組件、碲化鎘（CdTe）光伏組件等等。其中，晶體硅光伏組件是目前應用最廣泛的一種。光伏組件種類如此之多，它們在實際應用中的發電效果如何呢？
本文將通過對位于廣州中山大學太陽能系統研究所的6種不同類型（包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT）的光伏組件陣列的實測發電數據進行對比分析，讓大家了解不同類型光伏組件的實際發電情況。此外，本文使用光伏系統設計軟件PVsyst對廣州、深圳和珠海三個光伏項目分布較廣泛的地區進行了多晶硅光伏組件發電效果模擬分析，比較分析多晶硅光伏組件在三地的發電效果。
1 光伏組件發電效果比較與分析
1.1 光伏組件長期功率衰減分析
日本某研究機構對單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS和HIT光伏組件進行了長期功率衰減的研究，表2展示了該機構的研究結果。
從表2中的數據顯示，上述五種類型光伏組件在運行前十年和運行10至20年這兩個區間內均表現為非晶硅光伏組件的年衰減率最高，CIGS光伏組件的年衰減率最低，且年衰減率的大小關系是非晶硅＞單晶硅＞多晶硅＞HIT＞CIGS。
1.2 不同類型光伏組件發電效果比較與分析
1.2.1 系統介紹
中山大學太陽能系統研究所于2006年—2008年依次安裝了單晶硅、多晶硅、HIT、非晶硅、CIGS和CdTe6個并網光伏發電系統，并于2010年5月期間進行了系統改造，縮短了光伏陣列直流輸出至逆變器之間的距離，有效的減少了直流線路損耗。圖1展示了6種類型光伏組件的實物圖。
*注：多晶硅陣列安裝容量：系統改造前為2.3kWp，改造后為2.1kWp
表1展示了6種光伏組件陣列的安裝容量和安裝時間。由于6種光伏組件陣列的裝機容量和安裝時間都存在差異，因此進行數據采集時，時間上統一選取完整年的數據，發電量則統一換算成組件1Wp的年發電量以便于比較。
本文通過對此6個光伏系統的實測發電數據進行對比分析，讓大家了解不同類型光伏組件的實際發電情況。
1.2.2 發電量數據比較與分析
本文選取了某典型年內6種光伏組件陣列的年度發電統計數據，在該年度內，6種光伏組件陣列運行時長上基本一致，為355天。詳細統計數據見表3。
注1：表3中的數據并不能代表廣州地區安裝的所有光伏系統的實際發電量，光伏系統的實際發電量主要受實時天氣條件的影響。（表4同）
注2：表3中計算組件每1Wp年發電量時使用的是光伏陣列的初始裝機容量，由于光伏陣列經歷的使用年限不同，光伏組件的功率衰減程度也不同，因此，表3中的組件每1Wp年發電量可能存在一定誤差。
表3展示了6種光伏組件陣列的年發電量數據以及歸一化發電量（1Wp組件年發電量）年發電量數據，可知，非晶硅的歸一化年發電量最高，為1.138kWh/Wp；它們的歸一化年發電量數據的大小關系依次是非晶硅＞CdTe＞CIGS＞多晶硅＞HIT＞單晶硅。這說明廣州地區非晶硅光伏組件的發電效果最好，其次是CdTe、CIGS、多晶硅和HIT，最后是單晶硅。并且，從歸一化年發電量數據上可以看出多晶硅、CIGS、CdTe和HIT相差不是很大，在電站裝機容量較小的情況下，它們在發電量上的差距基本可以忽略不計。
圖2展示了某典型年內6種光伏組件陣列1kWp組件月發電量統計圖。
圖2展示了6種光伏組件1kWp組件月發電量對比情況，整體來看，6個光伏組件陣列的歸一化發電量均在八月份取得最大值，多晶硅、非晶硅、CIGS和CdTe組件在二月份取得最小值，HIT組件在一月份取得最小值，單晶硅組件在三月份取得最小值；在四月至11月這8個月內，非晶硅光伏組件的歸一化發電量最高，這主要是由于在這幾個月份內環境溫度較高，非晶硅光伏組件恰好具有比較低的溫度系數，因此表現出較好的發電性能。
2 不同地區光伏組件發電效果比較與分析
本文以廣東省光伏發電項目分布較廣泛的廣州、深圳和珠海三地為例對比分析廣東省內不同地區多晶硅光伏組件的發電效果。此處使用光伏系統設計軟件PVsyst進行了三地的光伏系統設計模擬計算。其中，模擬時使用光伏組件、光伏逆變器等關鍵設備完全一致，選取的氣象數據點均大約位于三市的中心位置，氣象數據全部來自NASA氣象數據庫，為22年平均太陽輻射數據。
表4展示了模擬結果。
注1：（同表3的注1）。
注2：表4中的發電量數據為正南方位角、最佳固定傾角下的發電量。
從表4中的模擬結果可知，珠海地區水平面年總太陽輻射量最高，廣州地區水平面年總太陽輻射量最低，這與地區所處緯度有關；從1Wp光伏組件年發電量上來看，同樣表現為珠海最高，其次是深圳，廣州最差；從模擬光伏系統的PR值上來看，廣州高于深圳和珠海，主要由于廣州地區整體環境溫度略低于珠海和深圳地區，因此光伏系統的PR值略高。
其中，PR值的定義是系統實際交流發電量與理論直流發電量之比，其考慮了光伏陣列效率、逆變器效率以及交、直流配電設備效率等影響因素，在一定程度上表現了光伏電站的綜合性能和質量。
PR值的計算公式為：
式中：EAC,real為測試時間內系統的實際交流發電量（kWh）；EDC,theoretic為測試時間內理論直流發電量（kWh）。另外，理論直流發電量公式：
式中：Hi是測試時間內入射到光伏陣列表面的太陽輻射（kWh/m2）;Pnominal為系統的標稱功率；ISTC為標準測試條件下的太陽福照度，即1kW/m2。
3 結論
通過對單晶硅、多晶硅、非晶硅、CIGS、CdTe和HIT6種類型光伏組件的的典型年發電數據和歸一化月發電量進行比較與分析，得出非晶硅光伏組件發電效果最好，歸一化年發電量最高，為1.138kWh/Wp；它們的歸一化年發電量數據的大小關系依次是非晶硅＞CdTe＞CIGS＞多晶硅＞HIT＞單晶硅。
通過PVsyst對廣州、深圳和珠海三地進行多晶硅光伏組件發電效果模擬分析，得出多晶硅光伏組件在三地的發電效果大小關系為珠海＞深圳＞廣州，三地1Wp多晶硅光伏組件年發電量分別為1.153kWh、1.145kWh和1.105kWh。值得注意的是，上述數據并不能代表光伏組件的實際發電數據，這是因為光伏發電系統的實際發電量受當地的實時天氣條件影響很大。
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